高超聲速飛行器容錯(cuò)制導(dǎo)與重構(gòu)控制

目錄
叢書序
前言
第1章 緒論 1
1.1 高超聲速飛行器概述 2
1.1.1 基本概念 2
1.1.2 發(fā)展概況 3
1.2 高超聲速飛行器控制與制導(dǎo)問題概述 7
1.2.1 動(dòng)力學(xué)特性 7
1.2.2 控制與制導(dǎo)的難點(diǎn)與挑戰(zhàn) 9
1.3 高超聲速飛行器控制與制導(dǎo)問題研究現(xiàn)狀 11
1.3.1 高超聲速飛行器縱向動(dòng)態(tài)控制 11
1.3.2 高超聲速飛行器再入段姿態(tài)控制 16
1.3.3 高超聲速飛行器再入段制導(dǎo) 19
1.4 故障下的高超聲速飛行器容錯(cuò)控制與軌跡重構(gòu)研究現(xiàn)狀 21
1.4.1 高超聲速飛行器容錯(cuò)控制 22
1.4.2 高超聲速飛行器軌跡重構(gòu) 24
1.5 本書特點(diǎn)和章 節(jié)安排 24
參考文獻(xiàn) 26
第2章 高超聲速飛行器的運(yùn)動(dòng)方程 38
2.1 高超聲速飛行器的六自由度運(yùn)動(dòng)方程 39
2.1.1 坐標(biāo)系和狀態(tài)變量定義 40
2.1.2 質(zhì)心平動(dòng)方程 43
2.1.3 繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)方程 46
2.2 高超聲速飛行器的縱向運(yùn)動(dòng)方程 53
2.2.1 Winged-cone構(gòu)型飛行器的縱向運(yùn)動(dòng)方程 54
2.2.2 彈性高超聲速飛行器的縱向運(yùn)動(dòng)方程 57
2.3 高超聲速飛行器再入段的運(yùn)動(dòng)方程 62
2.3.1 再入段質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程 62
2.3.2 再入段姿態(tài)模型 64
2.4 本章小結(jié) 66
參考文獻(xiàn) 67
第3章 高超聲速飛行器故障模式簡述 69
3.1 高超聲速飛行器故障模式 69
3.1.1 推進(jìn)系統(tǒng)故障 70
3.1.2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)故障 72
3.2 高超聲速飛行器故障模型 73
3.2.1 執(zhí)行器故障模型 74
3.2.2 傳感器故障模型 75
3.3 高超聲速飛行器再入段執(zhí)行機(jī)構(gòu)容錯(cuò)能力分析 77
3.4 本章小結(jié) 79
參考文獻(xiàn) 79
第4章 高超聲速飛行器舵面故障自適應(yīng)容錯(cuò)控制 80
4.1 模型預(yù)處理及舵面故障建模 81
4.1.1 高度和速度子系統(tǒng) 81
4.1.2 故障下的舵面工作模型 82
4.2 基于自適應(yīng)反步法和動(dòng)態(tài)面技術(shù)的容錯(cuò)控制 84
4.2.1 理論基礎(chǔ) 84
4.2.2 控制目標(biāo) 85
4.2.3 高度跟蹤自適應(yīng)容錯(cuò)控制 86
4.2.4 速度跟蹤自適應(yīng)控制 95
4.2.5 仿真驗(yàn)證 96
4.3 基于高增益觀測器的自適應(yīng)輸出反饋容錯(cuò)控制 100
4.3.1 理論基礎(chǔ) 101
4.3.2 控制目標(biāo) 101
4.3.3 基于狀態(tài)反饋的高度自適應(yīng)容錯(cuò)控制 102
4.3.4 基于輸出反饋的高度自適應(yīng)容錯(cuò)控制 109
4.3.5 速度跟蹤自適應(yīng)控制 117
4.3.6 仿真驗(yàn)證 118
4.4 本章小結(jié) 124
參考文獻(xiàn) 125
第5章 考慮控制方向不確定的高超聲速飛行器舵面故障容錯(cuò)控制 126
5.1 理論基礎(chǔ) 127
5.2 舵面故障建模 129
5.3 基于Nussbaum增益的高度和速度自適應(yīng)容錯(cuò)控制 130
5.3.1 控制目標(biāo) 130
5.3.2 模型預(yù)處理 131
5.3.3 高度自適應(yīng)容錯(cuò)跟蹤控制 132
5.3.4 速度自適應(yīng)跟蹤控制 138
5.3.5 仿真驗(yàn)證 140
5.4 基于Nussbaum增益的MIMO自適應(yīng)抗飽和容錯(cuò)控制 144
5.4.1 控制目標(biāo) 144
5.4.2 模型預(yù)處理 145
5.4.3 標(biāo)稱容錯(cuò)抗飽和控制 148
5.4.4 自適應(yīng)容錯(cuò)抗飽和控制 150
5.4.5 仿真驗(yàn)證 158
5.5 本章小結(jié) 163
參考文獻(xiàn) 164
附錄 165
第6章 考慮舵面偏轉(zhuǎn)約束的高超聲速飛行器舵面故障容錯(cuò)控制 169
6.1 基于自適應(yīng)廣義預(yù)測控制的容錯(cuò)控制 169
6.1.1 理論基礎(chǔ) 170
6.1.2 控制目標(biāo) 172
6.1.3 模型預(yù)處理 172
6.1.4 無故障下的自適應(yīng)預(yù)測控制 175
6.1.5 舵面故障自適應(yīng)容錯(cuò)預(yù)測控制 184
6.1.6 仿真驗(yàn)證 188
6.2 基于多模型預(yù)測控制的容錯(cuò)控制 196
6.2.1 理論基礎(chǔ) 197
6.2.2 模型預(yù)處理 198
6.2.3 控制目標(biāo) 200
6.2.4 多模型預(yù)測容錯(cuò)控制器 200
6.2.5 穩(wěn)定性分析 205
6.2.6 仿真驗(yàn)證 205
6.3 本章小結(jié) 207
參考文獻(xiàn) 207
附錄 208
第7章 高超聲速滑翔再入飛行器姿態(tài)容錯(cuò)控制 217
7.1 基于氣動(dòng)舵面和RCS融合控制的再入姿態(tài)容錯(cuò)控制（I） 217
7.1.1 舵面RCS融合控制模型 218
7.1.2 控制目標(biāo) 219
7.1.3 反步法姿態(tài)控制器 219
7.1.4 無故障下的控制分配 221
7.1.5 故障下的容錯(cuò)控制分配 223
7.1.6 穩(wěn)定性證明 227
7.1.7 仿真驗(yàn)證 228
7.2 基于氣動(dòng)舵面和RCS融合控制的再入姿態(tài)容錯(cuò)控制（II） 239
7.2.1 再入段姿態(tài)模型 239
7.2.2 控制目標(biāo) 240
7.2.3 滑模姿態(tài)控制器 240
7.2.4 容錯(cuò)控制分配 244
7.2.5 穩(wěn)定性證明 249
7.2.6 仿真驗(yàn)證 252
7.3 基于抗飽和滑模控制的再入姿態(tài)容錯(cuò)控制 260
7.3.1 理論基礎(chǔ) 260
7.3.2 再入段姿態(tài)模型 261
7.3.3 控制目標(biāo) 263
7.3.4 姿態(tài)慢回路控制 263
7.3.5 姿態(tài)快回路控制 267
7.3.6 仿真驗(yàn)證 277
7.4 本章小結(jié) 282
參考文獻(xiàn) 282
第8章 高超聲速飛行器直接力/氣動(dòng)力復(fù)合容錯(cuò)控制 284
8.1 帶矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的高超聲速飛行器模型 285
8.2 模型預(yù)處理與故障分析 288
8.2.1 模型預(yù)處理 288
8.2.2 故障分析 290
8.3 控制方案設(shè)計(jì) 290
8.3.1 俯仰通道容錯(cuò)控制設(shè)計(jì) 291
8.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)角設(shè)計(jì) 295
8.3.3 橫側(cè)向反步設(shè)計(jì) 296
8.4 仿真研究 299
8.5 本章小結(jié) 302
參考文獻(xiàn) 303
附錄 304
第9章 基于NFTET的高超聲速飛行器再入容錯(cuò)制導(dǎo) 307
9.1 問題描述 308
9.2 基于反饋線性化的標(biāo)稱再入制導(dǎo) 309
9.2.1 再入約束條件轉(zhuǎn)換 310
9.2.2 標(biāo)稱再入制導(dǎo)律設(shè)計(jì) 312
9.2.3 仿真驗(yàn)證 316
9.3 基于NFTET的再入容錯(cuò)制導(dǎo) 318
9.3.1 相鄰可行軌跡存在定理 319
9.3.2 較小故障下的再入容錯(cuò)制導(dǎo) 321
9.3.3 較大故障下的再入容錯(cuò)制導(dǎo) 323
9.3.4 仿真驗(yàn)證 327
9.4 本章小結(jié) 331
參考文獻(xiàn) 332
第10章 基于模型預(yù)測靜態(tài)規(guī)劃的高超聲速飛行器再入容錯(cuò)制導(dǎo) 333
10.1 理論基礎(chǔ) 334
10.2 再入模型無量綱化處理 336
10.3 改進(jìn)的MPSP算法 338
10.3.1 標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的轉(zhuǎn)化 338
10.3.2 求解敏感度矩陣 339
10.3.3 控制量更新 341
10.4 基于ARUKF的參數(shù)估計(jì) 344
10.4.1 氣動(dòng)參數(shù)模型轉(zhuǎn)換 344
10.4.2 參數(shù)估計(jì) 345
10.5 軌跡重構(gòu)與容錯(cuò)制導(dǎo)方案設(shè)計(jì) 347
10.5.1 初始軌跡生成器設(shè)計(jì) 348
10.5.2 約束轉(zhuǎn)化 350
10.5.3 重構(gòu)方案設(shè)計(jì) 351
10.6 仿真驗(yàn)證 352
10.7 本章小結(jié) 357
參考文獻(xiàn) 358
第11章 帶有狀態(tài)約束與未知質(zhì)心變動(dòng)的高超聲速飛行器容錯(cuò)控制 360
11.1 基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的HSV未知質(zhì)心變動(dòng)容錯(cuò)控制 360
11.1.1 帶有質(zhì)心變動(dòng)的Winged-cone高超聲速飛行器模型 360
11.1.2 HSV姿態(tài)變質(zhì)心容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì) 363
11.1.3 仿真驗(yàn)證 375
11.2 基于Nussbaum增益的HSV質(zhì)心變動(dòng)自適應(yīng)容錯(cuò)控制 380
11.2.1 帶有質(zhì)心變動(dòng)的X-33再入段姿態(tài)模型 380
11.2.2 先驗(yàn)知識(shí) 382
11.2.3 X-33姿態(tài)系統(tǒng)容錯(cuò)控制算法設(shè)計(jì) 384
11.2.4 仿真驗(yàn)證 396
11.3 本章小結(jié) 402
參考文獻(xiàn) 402
附錄 404